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石油资源的发现,开拓了能源利用的新时代。作为世界能源供应的主力,石油对世界经济繁荣和发展起到了强大的作用,对人类文明作出了巨大的贡献。然而不断增长的油品需求以及为石油化工提供原料的需求决定炼油工业在新世纪内的发展速度,但是受石油资源等因素的限制也决定了炼油工业将同时面临巨大风险。随着石油开采程度加深,开采出的原油组成越来越重,减压渣油在原油中的含量一般高达40%~50%,在稠油中有的高达60%以上。减压渣油中,重质非饱和烃组分占一半以上,除芳香组分含一些非烃类外,其它主要的非烃组分都是胶质和沥青质。如何转化这些重质原油和大量的减压渣油,成为21世纪我国炼油工业的重要课题。
渣油加工在某种意义上讲,决定了炼油厂的产品结构、轻油收率和经济效益,同时直接影响着炼油厂的环境保护。原油深度加工是一个重要的手段,原油粘度过大对深度加工有着重要的影响,因此在加工过程中最重要的就是降低原油的粘度。目前国内外常用的降粘方法有:加热法、掺稀油法、催化裂似加氢裂化等。近年来应用超声原油降粘的研究也越来越多,主要是因为超声波在液体媒质传播中产生强烈的空化作用、机械振动和热效应,在这些作用下原油粘度显著下降。
由于声空化作用与声压紧密相关,本文试应用流体力学软件CFD-Fluent来研究超声在不同新开发的声化学反应器内超声声场的分布情况的数值模拟。目前未见利用Fluent软件进行声化学反应器的模拟,该研究有助于更好的了解反应器内的超声声场,以及反应器内流场的微观现象,如声压分布、流速分布等,可加强实验室渣油降粘理论研究方面的认识,可更好地指导实验研究及声化学反应器的设计、放大。通过数值模拟已得到超声声场内的一些情况,主要研究结果如下:
1、得到超声换能器的振动速度方程以及变幅杆的振幅放大关系。
2、圆柱形反应器内,声场在圆柱中轴线上的声强最强,越靠近壁面声强越弱,声场的指向性与理论相吻合。
3、在球形反应器内,声场的指向性与圆柱形反应器内的声场相似,但是同样的声频率与电功率情况下,产生的声强较圆柱形反应器的小。